液體CO2工藝泵密封的改進(jìn)

段志勇

(濟(jì)南卷煙廠 山東 濟(jì)南 250000）

0 前言

濟(jì)南卷煙廠引進(jìn)的SP9型800kg/h二氧化碳膨脹煙絲生產(chǎn)線，共有兩臺煙絲浸漬器交替完成液體二氧化碳浸漬煙絲的流程。在工作循環(huán)中，液體二氧化碳被工藝泵從工藝罐中泵入浸漬器來浸漬煙絲。

在實(shí)際生產(chǎn)過程中，工藝泵頻繁發(fā)故障，主要為發(fā)生嚴(yán)重泄漏導(dǎo)致停機(jī)。工藝泵的泄漏沒有征兆，屬于突然發(fā)生，3MP壓力的二氧化碳噴泄而出，存在巨大的危險(xiǎn)因素。所以每次一泄漏就必須進(jìn)行緊急停機(jī)搶修，否則線上的煙絲就無法完成膨脹加工過程，造成進(jìn)一步的損失，泄漏后不但維修時(shí)間長，精度要求高，而且備件價(jià)格昂貴，工藝泵的泄漏停機(jī)嚴(yán)重影響制約了生產(chǎn)。

1 原因分析

經(jīng)過現(xiàn)場觀察，每次的泄漏都是因?yàn)楣に嚤弥械臋C(jī)械密封損壞造成的。工藝泵中的機(jī)械密封屬于接觸式單端面動(dòng)靜環(huán)機(jī)械密封，其密封原理為:動(dòng)環(huán)和靜環(huán)的端面產(chǎn)生適當(dāng)?shù)谋葔汉捅３忠粚訕O薄的液體膜而達(dá)到密封的目的。是靠動(dòng)環(huán)與靜環(huán)的接觸面在運(yùn)動(dòng)中始終貼合,實(shí)現(xiàn)密封。這種機(jī)械密封主要由靜止環(huán)（靜環(huán)）、旋轉(zhuǎn)環(huán)（動(dòng)環(huán)）、彈性元件、彈簧座、緊定螺釘、旋轉(zhuǎn)環(huán)輔助密封圈和靜止環(huán)輔助密封圈等元件組成，同時(shí)防轉(zhuǎn)銷固定在壓蓋上以防止靜止環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)。因?yàn)樵跓熃z浸漬的工況下會(huì)造成液體二氧化碳介質(zhì)中存在大量的煙油，當(dāng)停機(jī)時(shí)，煙油會(huì)將動(dòng)靜環(huán)的接合面粘住，再啟動(dòng)時(shí)動(dòng)環(huán)以1460轉(zhuǎn)/分的速度高速啟動(dòng)，在脫離粘合力之前會(huì)將靜環(huán)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)一下，雖然靜環(huán)有定位銷定位，但是次數(shù)一多靜環(huán)與定位銷接觸的位置因經(jīng)受沖擊載荷過大而產(chǎn)生裂紋，從而在此處產(chǎn)生斷裂，繼而增大靜環(huán)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，導(dǎo)致工藝泵嚴(yán)重泄漏。所以，靜環(huán)的易損壞是造成工藝泵頻繁泄漏的主要原因。

2 改造過程

在總結(jié)了前期的維修經(jīng)驗(yàn)和對各種密封形式進(jìn)行探討比較后，我們認(rèn)為現(xiàn)在的動(dòng)靜環(huán)機(jī)械密封形式不適合我們現(xiàn)在的工況，我們認(rèn)為更換一種新的密封形式可以有效改變現(xiàn)在的設(shè)備現(xiàn)狀。經(jīng)過比較和分析，從經(jīng)濟(jì)性和維修性的角度考慮，我們采用了更換填料式密封的方案:利用現(xiàn)有的殼體作為填料箱體，重新設(shè)計(jì)制作與之配套的軸套，利用原來四只靜環(huán)座固定螺栓中的兩只作為填料壓蓋的緊固螺栓。在不更換工藝泵密封箱體的情況下完成密封形式的改變。

首先，我們對填料的材料進(jìn)行了選擇，根據(jù)現(xiàn)有工況要求在泵轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，密封填料要承受線速度達(dá)6m/s高溫旋轉(zhuǎn)摩擦，而靜止時(shí)又要承受一定零攝氏度以下的低溫工況，同時(shí)要長期承受不低于3MP的壓力.結(jié)合查閱的有關(guān)資料，此處填料的選擇應(yīng)該滿足以下幾個(gè)條件:

①有一定的塑性。在壓緊力作用下能產(chǎn)生一定的徑向力并緊密與軸接觸。

②有足夠的化學(xué)穩(wěn)定性。不污染介質(zhì)，填料不被介質(zhì)泡脹，填料中的浸漬劑不被介質(zhì)溶解，填料本身不腐蝕密封面。

③耐磨、摩擦系數(shù)小。自潤滑性能良好。有較強(qiáng)的耐低溫性能。

④填料應(yīng)有足夠的適應(yīng)存在少量偏心的軸浮動(dòng)彈性。

⑤裝填方便。

經(jīng)過比較，我們最終選擇了一種新型的復(fù)合材料-芳綸碳纖維作為密封填料，四角芳綸碳纖維盤根采用高強(qiáng)度芳綸纖維，配以復(fù)合導(dǎo)熱性極強(qiáng)的高強(qiáng)度碳纖維，浸漬PTFE及潤滑劑，經(jīng)編織而成，具有強(qiáng)度高、導(dǎo)熱性好、摩擦系數(shù)小等優(yōu)點(diǎn)，特別適用于高壓、高速運(yùn)轉(zhuǎn)部位的密封，在航天工業(yè)和軍工部門應(yīng)用廣泛。其主要技術(shù)參數(shù)為:壓力 35MPa；溫度-100-260°C；線速度 25m/s；pH值 2-13。完全能夠適應(yīng)我們的要求。

其次，我們通過查閱有關(guān)資料，確定了填料的截面尺寸和圈數(shù)。

然后，我們設(shè)計(jì)制作了軸套和壓蓋，為了保證填料密封的壽命，我們設(shè)計(jì)的軸套要求粗糙度達(dá)到R1.6,同軸度為0.02-0.04mm。安裝后用百分表檢查軸在密封部位的徑向跳動(dòng)在0.03-0.08mm之間。

動(dòng)靜環(huán)機(jī)械密封裝置結(jié)構(gòu)圖

填料密封裝置結(jié)構(gòu)圖

最后，我們按照要求進(jìn)行了安裝:

①在安裝前先檢查軸套外圓的徑向圓跳動(dòng)。

②用不脫落纖維的無紡布擦凈填料箱和軸套。

③取一根與軸套相同直徑的軸，將盤根纏繞在其外圓上，按照要求的長度切割盤根，切口成45°斜口。

④裝填料時(shí)每圈填料接口應(yīng)錯(cuò)開，裝一圈壓緊一次。

⑤對稱擰緊壓蓋螺栓

⑥手動(dòng)盤車試驗(yàn)，觀察有無異常。

按照要求安裝后工藝泵的泄漏停機(jī)問題得到了根本的解決。

與原有的機(jī)械密封形式相比，改造后的填料密封具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)，

1）運(yùn)行可靠度高，故障率大大降低。填料密封裝置安裝后，我們進(jìn)行了跟蹤檢查記錄，從一開始更換到現(xiàn)在已經(jīng)過去了8個(gè)月，一次嚴(yán)重泄漏也沒有發(fā)生。完全達(dá)到了我們的要求。

2）能夠?qū)崿F(xiàn)在線修復(fù)，維修工作量大大降低。原來的機(jī)械密封損壞后，需要停機(jī)將工藝泵完全拆解后進(jìn)行更換，至少需要4個(gè)人工作4小時(shí)以上。而更換填料密封至今后，出現(xiàn)的兩次輕微泄漏，都是在不停機(jī)的情況下，將壓緊螺栓壓緊一下即消除了泄漏。

3）具有很好的經(jīng)濟(jì)性。機(jī)械密封組件的價(jià)格是3222.2元/套，現(xiàn)在使用的密封填料僅為268元/公斤，更換一次只需要使用0.3公斤。同時(shí)避免了原來停機(jī)維修時(shí)造成的能源消耗。

3 結(jié)語

填料密封裝置結(jié)構(gòu)簡單，成本低，維修方便。提高了工藝泵的運(yùn)行可靠度，消除了膨脹煙絲線的一個(gè)重要故障停機(jī)隱患，保障了正常的生產(chǎn)秩序。

［1］成大先 .機(jī)械設(shè)計(jì)手冊:第二卷[M].3版.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1998.

［2］胡國楨,石流，閻家賓.化工密封技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，1990.